火电厂管道异种钢的焊接热处理问题探讨

邓勇

【摘 要】机组容量越来越大的同时，合金钢被也被广泛的应用，还对焊接热处理工艺提出了更高的要求。焊件如果没有恰当的进行焊后热处理，可以引起很多的缺陷，部分缺陷能够根据再一次新热处理进行纠正，然而部分缺陷不能挽回而形成废品。

【关键词】管道异种钢；火电厂；焊接热处理

引言

火电厂锅炉和汽机管道都存在异种钢的焊接，异种钢焊接最关注的是可靠性和使用寿命问题。相对于同种钢焊接而言，其焊接热处理规范对异种钢焊接接头的组织、残余应力等会带来更复杂的影响，热处理不当会加速火电站异种钢焊接接头的早期失效，甚至造成事故。本文主要就焊接热处理对异种钢焊接接头的影响进行讨论。

1火电厂管道异种钢焊接热处理问题分析

1.1对碳元素的影响

（1）碳迁移

在异种钢焊接中，若是出现碳迁移问题，则会导致熔合线附近出现扩散带，并在珠光体侧形成脱碳层，同时，还会在相邻奥氏体焊缝侧形成增碳层。当脱碳层由原本的珠光体转变为铁素体之后，其本身的硬度会随之减弱，进而出现软化，这样一来极容易引起晶粒长大；而增碳层由于铬的碳化物析出会表现出硬化状态，从而使高温强度大幅度下降，在这一过程中，焊缝位置处的脆性会随之增大。此外，热处理的时间越长、温度越高，扩散带增大的幅度就越大。相关研究结果表明，当异种钢熔合线附近出现碳迁移时，其接头位置处极有可能形成低应力蠕变断裂，由此会导致接头失效。

（2）碳化物

相关研究结果表明，当焊接热处理的温度≤650℃时，异种钢碳化物的析出时间较长，并且会随着时间的推移不断长大；当焊接热处理的温度≥675℃时，碳化物会先长大，并随着时间的推移逐步变小。如果对异种钢进行焊接热处理时温度控制的不到位，则会对碳化物造成影响，这样极有可能引起接头早期失效。

1.2对网状组织的影响

火电厂中有一些运行环境较为特殊的管道采用的是高合金钢，焊接热处理会促进此类钢材网状组织的形成。以高合金钢中比较常见的奥氏体钢为例，在焊接热处理时，高温会使碳化物的析出速度大幅度提升，由此会对奥氏体钢的焊接接头产生不利影响，若是碳化物沿着奥氏体晶界析出，则会形成网状结构，这种情况在母材的热影响区比较常见。

2火电厂管道异种钢的焊接热处理要点

2.1热处理工艺

（1）加热和冷却方法。第一，加热方法需可以供给规定的金属温度和温度的均衡性与温度掌控，其主要是由封闭炉口加热，局部火焰加热，电阻、电感应加热等各种加热方法所构成；第二，冷却方法需可以供给规定的冷却速率，主要是由炉内冷却、空气里冷却、使用局部加热及绝热来掌控冷却速率的方法所构成。

（2）整体热处理。焊后应开展去掉应力热处理工作的管道组件，需尽量在热处理炉里实施整体热处理，然而此组件禁止配备有焊接阀门等构件。

（3）分段热处理。在焊接结束的管道组件应实施去掉应力热处理，能进行分段热处理，在分段热处理的过程中，不断加热的长度需要超过300mm。此外应维护没有进行加热的部分，从而避免不良的温度梯度。

（4）局部热处理。首先，在进行接焊缝热处理的过程中，需加热其环形带，加热宽度是：把焊缝当成是中心点，每端需要超过焊缝宽度的三倍，同时大于25mm。不在加热区之内的十米范围以里需要进行保温，从而避免出现不良的温度梯度。

其次，支管和主管间的焊缝热处理，需紧扣主管环带进行加热、同时需要涵盖支管，到全部的管截面实现要求的温度。加热宽度由焊缝中心开始计算，需要超过六倍的主管壁厚，不在加热带之内范围的加以保温，从而避免出现不良的温度梯度。

2.2优选焊接方法

在对异种钢进行焊接作业时，焊接方法的选择至关重要，其除了与焊接质量密切相关之外，还对焊接后的热处理质量有着一定影响。为此，应当遵循如下原则对异种钢的焊接方法进行选择：应当确保所选的异种钢焊接方法满足相关的焊接质量要求，最大限度地减小熔合比，借此来避免裂纹的产生，同时还应充分考虑所选焊接方法的技术先进性以及经济性。建议以焊条电弧焊作为首选，之所以选择这种方法对异种钢进行焊接，主要是因为焊条的种类较多，具有较强的适应性；珠光体钢与高铬马氏体钢焊接，则可以二氧化碳气体保护焊作为首选；高合金异种钢的焊接尽量选用氩弧焊；比较简单的异种钢构件，则可采用钎焊或是扩散焊接等工艺。

2.3异种钢焊接选材

异种钢焊接选材原则：①在保证不产生裂纹等缺陷的前提下，若强度和塑性不能兼顾时，则应选用塑性和韧性较好的焊接材料；②焊缝金属性能只需要符合两种母材中的一种，即可认为满足使用性能要求；③不同强度级别的强度用钢焊接时，应按强度较低的母材选用焊接材料；④工艺措施（如预热、后热等）则应按强度高的母材要求来确定；⑤尽量采用好抗裂性能好的焊接材料，如碱性焊条；⑥如不能预热或焊后热处理时，可选用奥氏体不锈钢焊条，以提高焊缝金属的塑性和韧性；⑦为解决高合金钢与低合金钢焊接时对焊缝金属的稀释，可采用先堆焊隔离层、再焊接焊缝的方法；⑧在满足使用性能要求的条件下，尽量选用工艺性能高价低且易得的焊接材料。

2.4火电厂异种钢焊接

通俗的来讲，即不同种材质的钢材通过焊接方法熔融在一起的过程成为异种钢焊接。由于管道异种钢在目前的火电厂异种钢焊接中较为常见，其特殊性质使得其在焊接热处理过程中频繁会出现各种问题。对异种钢进行焊接处理所使用的接头与同种钢焊接处理所使用的接头有着本质上的差异，其差异主要有。（1）化学成分的不均匀。化学成分出现不均匀的主要原因在于进行焊接加热处理时，钢管两侧母材的熔化量、熔敷金属以及母材熔化区的成分由于“稀释”作用而出现变化。再则钢管的接头处出现成分的不均匀除了受母材、填充金属自身属性的影响之外，还受到焊接工艺的影响。（2）组织的不均匀性。受焊接热循环效应的影响，导致异种钢的连接处焊接区域的性质出现不同，从而对个别区域的组织结构产生不利的影响。

2.5注意事项

①异种钢的焊接必须在焊接工艺评定合格的前提下，依据该工艺的有关操作规程进行作业，焊接现场的环境温度应当与有关标准中的规定要求相符，并且要设置有效的遮风挡雨及防寒措施。②不允许在母材上的非焊接部位焊接临时物、卡具等；在定位焊时，要检查焊缝质量，清除缺陷，對管材直径较小的焊缝使用对口夹具，对管材直径较大的焊缝使用临时定位焊件。③在焊接之后，打磨好焊疤；合理确定定位焊缝的数量，控制好焊缝的厚度与长度，避免因定位焊过多而造成管材裂纹；若焊接选用镍基材料，则要保证焊材清洁，并在焊接中控制好温度，避免焊接面产生裂纹；在氩弧焊之后检查焊缝的外观是否存在缺陷，若无缺陷则继续填充焊接。④在焊接过程中，严把收弧质量，保证填满熔池。若焊道接头为多层，则要错开接头进行焊接；在焊接中断过程中，要采取后热、缓冷、保温等措施，有效避免裂纹的产生。

结束语

综上所述，以对管道选择恰当的热处理工艺为基础，管道焊接完成通过热处理去掉金属工件在冷热加工阶段里所制造的残余应力，可以有效保障管道的具体强度、抗疲劳度，最终防止变形、应力腐蚀还有脆性断裂现象的发生。

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（作者单位：中国电建集团江西省电力建设有限公司）